Influence of the crop rotation factor and fertilization systems on productivity, quality indicators and economic efficiency of winter wheat
Abstract
The study aimed to evaluate the influence of crop rotation structure and fertilization systems on productivity, feed value, and grain quality of winter wheat under the conditions of the Northern Steppe of Ukraine, particularly with the inclusion of legume predecessors and biologically active components in fertilization systems. Field experiments were conducted in 2016–2025 within the scientific crop rotation of the Institute of Agriculture of the Steppe of the NAAS of Ukraine using three crop rotations differing in soybean proportion and inclusion of a fallow predecessor; the following fertilization systems were applied: no fertilizers, biologized, mineral, mineral biologized, organo-mineral, and organo-mineral biologized. The soil and climatic conditions correspond to those of the Northern Steppe of Ukraine. The inclusion of a fallow predecessor increased winter wheat productivity under all fertilization systems. Grain yield rose from 5.58–5.98 t/ ha in rotations with high soybean saturation to 6.63 t/ha in rotations with lower soybean content and a fallow field. The highest feed unit yield (9.81 t/ha) and digestible protein yield (0.83 t/ha) were obtained in the grain–fallow–row crop rotation under the organo-mineral biologized fertilization system. The biologized fertilization component significantly increased crop productivity and protein content, especially in rotations with a high share of legumes. Grain quality varied depending on crop rotation and fertilization system: protein content ranged from 9.0 to 13.1 %, gluten from 17.8 to 27.7 %, and grain class from 3 to 4. The integrated use of optimized crop rotations, inclusion of a fallow predecessor, and organo-mineral fertilization systems with a biologized component ensures increased productivity, feed value, and grain quality of winter wheat in the Northern Steppe of Ukraine. The results can be used for sustainable intensification of crop cultivation while maintaining yield and quality potential. The highest conditional net profit – 32466 UAH/ha with profitability of 96.6 % – was obtained when winter wheat was grown in the grain–fallow–row crop rotation under the organo-mineral biologized fertilization system.
References
2. Bansal Y., Lillis D., Kechadi M. T. Winter wheat crop yield prediction using machine learning. International Conference on Computational Science and Computational Intelligence (CSCI) 2023. https://doi.org/10.1109/CSCI58124.2022.00040
3. Bocchi G., Micheletti A., Nota P. Alessandro OlperThe impact of abnormal temperatures on crop yields in Italy: a functional quantile regression approach. Cornell University. 2026. https://doi.org/10.48550/arXiv.2601.12864
4. Дребот О. І. Оцінка еколого-економічної ефективності систем удобрення в сівозмінах органічного виробництва Полісся: (науково-методичні рекомендації). Чернігів. Видавець Брагинець О. В. 2020. 48 с. https://ismav.com.ua/wp-content/uploads/2025/01/02.pdf
5. Гангур В., Маренич А., Сокирко Д. Вплив прецедентів та рівня удобрення на врожайність зерна озимої пшениці в умовах Лівобережного Лісостепу. Науковий прогрес та інновації. 2025, 28 (1), 63–67. https://doi.org/10.31210/spi2025.28.01.11
6. Hospodarenko, H., Mostoviak, I., Karpenko, V., Liubych, V., Novikov, V. Yield and quality of winter durum wheat grain depending on the fertiliser system. Scientific Horizons, 2022. 25(3), 16–25. https://doi.org/10.48077/scihor.25(3).2022.16-25
7. Мащенко Ю.В., Кулик Г.А., Трікіна Н.М., Малаховська В.О. Урожайність пшениці озимої у сівозмінах степу залежно від системи удобрення та біопрепарату. Аграрні інновації. 2023. № 18 С. 77–83. https://doi.org/10.32848/agrar.innov.2023.18.11
8. Mashchenko Yu., Sokolovska I. Growing winter wheat in various short-rotation crop rotation models adapted to the conditions of the steppe zone of Ukraine. Acta u niversitatis agriculturae et silviculturae mendelianae brunensis. Volume 72. Number 5– 6, 2024. Р. 165м176. https://doi.org/10.11118/actaun.2024.011
9. Mashchenko Yu.V., Sokolovska I.M. Yield, productivity, and economic efficiency of winter wheat cultivation depend on crop rotation link and fertilizer systems. Подільський вісник: сільське господарство, техніка, економіка. 2023. Випуск 3 (40). 21– 27. https://doi.org/10.37406/2706-9052-2023-3.3
10. Пташник М., Заяць П., Ременюк Ю., Цимбал Ю., Уста В. Особливості формування врожайності та продуктивності зернових культур короткоротаційної сівозміни у відновлюваному сільському господарстві. Сільське господарство та рослинництво: теорія та практика. 2025. (1), 15–23. https://doi.org/10.54651/agri.2025.01.02
11. Salehi A., Salehi A., Surböck A., Freyer B., Friedel J. K. 10-Year study on the impact of organic fertilization on winter wheat yield and quality following lucerne and grain pea in a dry sub-humid region under organic cultivation in Austria. Journal of Agriculture and Food Research. Volume 21, June 2025, 101888. https://doi.org/10.1016/j.jafr.2025.101888
12. Щерба М. М. Вплив попередників і удобрення на продуктивність пшениці озимої. Передгірне та гірське землеробство і тваринництво. 2021. Вип. 69 (2). С. 137–153. https://doi.org/10.32636/01308521.2021-(69)-2-9 https://phzt-journal.isgkr.com.ua/69(2)/9.pdf
13. Silifonov Т. V. Grain yield and protein content in different ripening varieties of soft winter wheat using various types and doses of fertilizers. Plant Varieties Studying and Protection. 2023. 19(1), 44–51. https://doi.org/10.21498/2518-1017.19.1.2023.277770
14. Srivastava A. K., Safaei N., Khaki S., Lopez G., Zeng W., Ewert F., Gaiser T., Rahimi J. Winter wheat yield prediction using convolutional neural networks from environmental and phenological data. Scientific Reports. 2022. Volume 12, Article number: 3215. https://www.nature.com/articles/s41598-022-06249-w
15. Силіфонов Т., Господаренко Г., Любич В., Полянецька І., Новіков В. Урожайність та якість зерна м’якої озимої пшениці на стадіях дозрівання за різних систем удобрення в сівозміні. Агробіологія. 2021. № 2. С. 146–156. https://doi.org/10.33245/2310-9270-2021-167-2-146-156
16. Центило Л В. Продуктивність сівозміни залежно від удобрення і обробітку ґрунту. Вісник аграрної науки Причорномор’я. 2019. Вип. 3. С. 52–60. https://bsagriculture.com.ua/web/uploads/pdf/Ukrainian%20 B l a c k % 2 0 S e a % 2 0 R e g i o n % 2 0 A g r a r i a n % 2 0 Science_2019_Vol.%2023,%20No.%203-52-60.pdf
17. Umrykhin, N., Sokolovska, I., Mashchenko, Yu. Productivity and economic efficiency of winter wheat (Triticum aestivum L.) cultivation depending on preceding crops and sowing dates. International Journal of Agricultural Technology. 2024. Vol. 20(6):2589-2604. http://www.ijat-aatsea.com/pdf/v20_n6_2024_November/28_IJAT_20(6)_2024_Umrykhin,%20N.--2058.pdf_
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
